CN105684039B - 用于驾驶员辅助系统的状况分析 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车的车载驾驶员辅助系统的状况分析的方法包括以下步骤：提供所述机动车的环境的表示，其中，所述表示包括单元格的布置，所述单元格可逆地明确分配给所述环境的预先确定的区段；借助于至少一个传感器扫描机动车的环境，以便检测障碍物；基于所述扫描如此标记单元格，使得分配给所述环境的无障碍物区段的单元格带有第一标记，而分配给所述环境的在其中检测到障碍物的区段的单元格带有第二标记。随后应用形态滤波器到所述表示上，以便使通过所述机动车不能够到达的单元格设有所述第二标记。

Description

用于驾驶员辅助系统的状况分析

技术领域

本发明涉及一种驾驶员辅助系统。本发明尤其涉及一种用于驾驶员辅助系统的基于环境扫描的状况分析。

背景技术

机动车的车载驾驶员辅助系统设置用于在驾驶员的驾驶机动车的任务中减轻其负担。在此，信号可以输出给驾驶员，以便沿预给定的方向控制机动车的运动，或者可以直接干预机动车的运动控制。例如泊车辅助可以在泊车到泊车位中时如下支持驾驶员：即扫描机动车的环境并且提示驾驶员障碍物。泊车辅助也可以部分自动地工作，其中，例如自动确定和调节转向角，而速度控制通过驾驶员实现。如果全自动运行泊车辅助，则泊车过程可以完全在没有驾驶员辅助时运行。

另外的示例性的驾驶员辅助系统包括制动辅助、间距告警装置、车道保持辅助或者交通指示识别。驾驶员辅助系统的共同点是，驾驶员辅助系统处理从机动车环境中扫描的信息。为了保持环境的扫描和传感器信号的处理尽可能通用，通常在所谓的层中实施处理。在此，每个层利用下面更深层的结果。在第一层中借助于一个或多个传感器扫描机动车的环境。在第二层中基于传感器信号创建用于机动车的环境模型。在第三层中实现状况分析。在第四层中确定功能并且在第五层中实现信号到驾驶员的输出或者对机动车的控制的干预。

已知做法不利的是，必须在低层中实施数据处理，而不知道较高层的准确需求。例如泊车辅助可能需要较高分辨的与周围障碍物的距离，而测量速率是次要的。相反，制动辅助可能需要高的测量速率，其中，必要时不必精确地确定与周围障碍物的间距。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提供改善的状况分析，以便形成对于后置的驾驶员辅助功能的改善的初始位置。本发明借助于独立权利要求的主题解决该任务。从属权利要求复述优选实施方式。

本发明公开：

根据本发明的用于机动车的车载驾驶员辅助系统的状况分析的方法包括以下步骤：提供所述机动车的环境的表示

其中，所述表示包括单元格的布置，所述单元格可逆地明确分配给所述环境的预先确定的区段；借助于至少一个传感器扫描机动车的环境，以便检测障碍物；基于所述扫描如此标记单元格，使得分配给所述环境的无障碍物区段的单元格带有第一标记，而分配给所述环境的在其中检测到障碍物的区段的单元格带有第二标记。随后应用形态滤波器到所述表示上，以便使通过所述机动车不能够到达的单元格设有所述第二标记。

通过应用形态滤波器可以实现测量误差的改善的抑制以及信息的汇总。形态滤波器的结果可以是占用地图(“occupancy grid：占用栅格”)，其可以由不同驾驶员辅助系统进一步应用。

在一种实施方式中，形态滤波器设置用于实施具有形态再处理的卷积。在另一实施方式中，形态滤波器设置用于借助于结构元件实施形态推断，其中，结构元件是基于机动车的轮廓确定的。

机动车轮廓的准确认识可以如此用于处理机动车环境的表示的单元格。通过这种方式可以以改善的分选精度

实施如下决定，即是否可以通过机动车到达单元格。在此，机动车轮廓可以根据任务提出任意精确地限定。由此可以提高用于精度负担的处理速度并且反之亦然。

优选地，结构元件是基于车辆自由度确定的，该车辆自由度通过驾驶员辅助系统预给定。由此可以通过简单方式根据驾驶员辅助系统的要求控制通过形态滤波器的处理。

车辆自由度包括最大加速度、最小转弯半径和交通规则中的至少一个。通过这种方式可以将机动车不能够到达所述表示的预先确定的单元格的最不同的原因合并到通过形态滤波器的处理中。所述表示的由此产生的预处理——其可以理解为占用地图——可以减轻后置的驾驶员辅助系统的负担并且因此有助于资源的节省。

在一种实施方式中，在环境的不同区域中分配不同的车辆自由度，其中，对于每个区域确定所分配的结构元件，并且形态滤波器局部地与相应地分配的结构元件一起应用。由此，对于驾驶员辅助系统具有不同相关性的不同区域可以被不同地处理。例如沿行驶方向位于机动车后方的区域的处理可以更粗略地实施或者完全不实施，而直接位于机动车前方的区域以特别的精度处理。

在一种优选实施方式中，应用多个形态滤波器，并且如此相互组合形态滤波器的输出，使得仅仅在所有滤波器的输出中带有第一标记的单元格获得第一标记。为此可以依次使用滤波器，其中，一个滤波器的输出分别是另一滤波器的输入。对此替代地也可以实现并行滤波，其中，多个滤波器接受相同表示作为输入并且两个输出例如借助于关于第一标记的逻辑条件相互组合。形态滤波器的顺序布置和并行布置是可级联的。

在一种实施方式中，确定用于机动车的行驶轨迹并且基于行驶轨迹应用形态滤波器。对于与分配给机动车的单元格具有较大间距的单元格，可以通过这种方式改善地确定可到达性。因此，能够实现驾驶员辅助系统对当前状况的提早反应。也可以确定在环境中可运动障碍物的运动轨迹，其中，基于运动轨迹应用形态滤波器。由此可以考虑可运动障碍物的动态方面。尤其可以更早或更准确地确定与可运动障碍物的碰撞。

在两种最后所提到的实施方式中，可以根据轨迹确定结构元件。例如结构元件可以沿着轨迹运动并且必要时根据轨迹弯曲而转动。

在方法的一种改进中，可以基于分配给所述机动车的单元格确定邻接的区域，在所述邻接的区域中所有单元格带有所述第二标记，其中，基于所述区域确定用于所述机动车的运动控制的信号。该信号可以包括给机动车驾驶员的视觉、听觉或触觉输出；在另一实施方式中也可以借助于执行器实现对机动车的运动控制的直接干预。执行器可以尤其涉及机动车的速度或方向控制。

在方法的又一扩展中，可以在应用形态滤波器之前实现光线跟踪，所述光线跟踪从分配给所述机动车的单元格出发。可由所述机动车无障碍地沿直线到达的单元格在此设有所述第一标记，而从所述机动车来看位于障碍物后方的单元格设有所述第二标记。由此可以通过简单和有效的方式建立用于形态滤波器的应用的初始点。

根据本发明的计算机程序产品包括程序代码单元，用于当所述计算机程序产品运行在处理装置上或者存储在计算机可读的数据载体上时实施所述方法。

根据本发明的用于机动车的车载驾驶员辅助系统的状况分析的设备包括：用于存放所述机动车的环境的表示的存储器，其中，所述表示包括单元格的布置，所述单元格可逆地明确分配给所述环境的预先确定的区段；用于扫描所述机动车的环境以便检测障碍物的传感器的接口；以及处理装置，所述处理装置用于基于所述扫描如此标记单元格，使得分配给所述环境的无障碍物区段的单元格带有第一标记，而分配给所述环境的在其中检测到障碍物的区段的单元格带有第二标记。在此，所述处理装置设置用于应用形态滤波器到所述表示上，以便使通过所述机动车不能够到达的单元格设有所述第二标记。

所述设备可以用于为驾驶员辅助系统提供经改善的数据库。在一种实施方式中，所述设备可以由驾驶员辅助系统包括。

附图说明

现在参照附图进一步描述本发明，附图示出：

图1：用于机动车的车载驾驶员辅助系统的状况分析的设备；

图2：用于图1的机动车的车载驾驶员辅助系统的状况分析的方法流程图；

图3a-3c ：图2的方法的中间步骤的概览；

图4a-4d ：形态滤波器的工作方式的图解；

图5a-5e ：在第一情景中用于图1的机动车的形态滤波器的工作方式的图解；

图6a-6d ：在第二情景中图1的形态滤波器的工作方式的图解；以及

图7：根据图1的机动车轨迹形态结构元件的变型的图解。

具体实施方式

图1示出用于机动车105的车载驾驶员辅助系统的状况分析的设备 100。设备100包括处理装置110、存储器115以及接口120。接口120设置用于与传感器125连接，其中，传感器125适合用于扫描机动车105的环境，以便检测障碍物130。传感器125可以是尤其光学传感器、雷达或激光雷达传感器或多个传感器的组合。在图1中示出两个示例性障碍物130，它们不允许由机动车105驶过。障碍物130可以包括例如车道限制、另一机动车、建筑、人员或另一障碍物。障碍物130可以在环境中可运动或不可运动。

存储器115设置用于存放机动车105的环境的表示135。在图1中示出示例性的、示意性的表示135。表示135包括单元格140的布置，其中，每个单元格140可逆地明确(双射)分配给环境的预先确定的区段。优选地，在图1的示图中单元格140的布置是二维的，从而单元格140的相邻关系反映所分配的区段的相应相邻关系。

大致在表示135的中心示出六个单元格140，它们在此示例性地表示机动车105。每个单元格140可以带有一个标记，其中，第一标记标记分配给环境的无障碍物区段的单元格，而第二标记标记分配给环境的在其中检测到障碍物130的区段的单元格。两个标记相互彼此排斥。在图1的示图中具有第一标记的单元格140示出为亮的，而具有第二标记的这样的单元格示出为暗的。在一种实施方式中，表示135的每个单元格140可以带有仅仅或者第一标记或者第二标记。例如表示135可以实现为位图。

处理装置110设置用于通过接口120接受传感器125的传感器数据并且表示135的单元格140根据传感器信息设有第一或第二标记。如果设有多个传感器125，则可以实现传感器信号的组合。在此例如仅仅这样的单元格140可以设有第一标记，所述单元格分配给机动车105的环境的在其中在没有借助于传感器125的情况下检测到障碍物130的区段。

此外，处理装置110设置用于在分配标记到单元格140上之后应用形态滤波器到表示135上，以便使通过机动车105不能够到达的单元格140 设有第二标记。在此尤其可以使首先带有第一标记的单元格140设有第二标记。处理装置110优选包括可编程的微计算机。

图2示出用于图1的机动车105的车载驾驶员辅助系统的状况分析的方法200的流程图。方法200尤其设置用于在设备100上并且尤其在图1 的处理装置110上运行。

在步骤205中扫描机动车105的环境。同时根据所完成的扫描来标记表示135的单元格140。步骤105不必由方法200包括。优选地借助于一个或多个传感器125实现扫描。在可选的步骤210中实现光线跟踪 (“Raytracing”)。基于分配给机动车105的单元格140跟踪通过相邻单元格140的线。如果该线碰到具有第二标记的单元格140，则所有进一步远离的在线之下的单元格140设有第二标记。由此如此建模，使得通过障碍物 130遮盖的区域同样不能够通过机动车105到达。位于该线之下的单元格 140在碰到具有第二标记的单元格140之前设有或保持设有第一标记。紧接着改变线的方向并且重复该方法，直至所有方向或预先确定的有限的方向范围由该线扫过(überstrichen)。

表示135然后用作用于一个或形态滤波器的输入。形态滤波器可以顺序或并行地应用。在图2的示例性的应用中设有三个形态滤波器。第一滤波器在步骤215中应用，而第二滤波器与之并行地在步骤220中应用。在步骤215和220中分别借助于结构元件实现形态推断，以下进一步描述其实现。在步骤225中作为第三形态滤波器实施具有形态再处理的卷积。以下同样还更详细地实施用于卷积的滤波核的提供。

步骤215、220和225的形态滤波器的任务在步骤230中汇总，假如需要。在一种实施方式中，在步骤215、220、225中的每个中创建自身的表示135，这些表示在步骤230中根据关于第二标记的或条件相互连接。所述连接可以实现为位图上的操作。

在步骤235中可选地确定机动车105的静止行驶通道。该确定基于由步骤230提供的数据实现。

在步骤240中可选地确定机动车105的行驶轨迹。进一步可选地也可以确定障碍物130的运动轨迹。两个轨迹可以基于传感器125的先前确定的传感器信号或者基于其他信息源确定。在步骤245中确定与机动车105 邻接的区域，其单元格140全部带有第一标记。该区域相应于环绕机动车 105的自由区域。紧接着可以输出该确定的区域。替代地，也可以在步骤 250中基于确定的自由区域确定用于机动车运动控制的信号并且将其输出。信号可以对准机动车105的驾驶员并且尤其听觉地、视觉地或触觉地显示，或者可以借助于执行器直接影响机动车105的运动控制。例如可以改变转向角、激活或释放制动器或者改变驱动电机的驱动力矩。在另一实施方式中，在步骤230中相互组合的输出也可以已经输出给步骤215、220和225 的形态滤波器。

基于步骤240的结果，在步骤255中确定一个或多个形态结构元件，基于所述一个或者多个形态结构元件可以尤其在步骤215或220中实现形态推断。在步骤255中结构元件的确定优选附加地基于机动车105的一个或多个车辆自由度实现。车辆自由度可以尤其包括沿不同方向的车辆延展、轮廓、关于交通路径的地图数据、机动车105的环境中的交通标志以及类似的限制。在步骤255中提供的结构元件反映这些限制，从而在步骤215 和220中的形态推断使这样的单元格140设有第二标记：所述单元格基于相应的限制不可由机动车105到达。

步骤260的车辆自由度优选也在步骤265中产生影响，其中，在步骤 225中提供用于卷积的滤波核。

方法200通常周期地进行。在一种实施方式中，在步骤210或230中使用之前过程的表示135。因此可以相互组合新旧信息。

步骤215、220以及225的形态滤波器的选择以及在步骤255和265中用于形态滤波器的相应参数的提供优选根据驾驶员辅助系统实现，对于驾驶员辅助系统应借助于方法200实施状况分析。如果在机动车105的车载上设有不同驾驶员辅助系统，则可以针对传感器125的相同传感器数据执行方法200的多个实例。在第一实例中例如可以对于泊车辅助考虑机动车 105的最小转弯半径，而对于制动辅助，方法200的第二实例取而代之地更强地加权机动车105的加速或减速。

参照以下附图3a 至图 7进一步阐明图2的方法200的各个方面。

图3a-3c 示出图2的方法200的中间步骤概览。图3a示出在步骤205中在借助于传感器125的扫描之后机动车105的环境的表示135。所示状况示出了通过机动车105的机动车车队序列。暗地标记的单元格140在此带有第一标记，而亮地标记的单元格140带有第二标记。中等亮地标记的单元格 140出于在此未进一步要追踪的原因而被滤掉。大致在示图中心的白色矩形表示机动车105。

图3b示出在步骤210中的光线跟踪之后的表示135。亮地示出的单元格带有第一标记，暗地示出的单元格带有第二标记。连续的亮区域305表示环绕机动车105的自由区域。机动车105通过大致在图3b的示图中心的暗矩形标出。

图3c示出在通过步骤215、220和225的至少一个形态滤波器之后的示图135。在此借助结构元件实施形态推断，该结构元件在表示135上体现机动车105的尺寸。机动车105通过大致在示图中心的亮矩形标出。具有第一标记的单元格140暗地示出，而具有第二标记的单元格亮地示出。中等亮地示出的区域在此不是进一步有兴趣的，这些区域可以考虑为亮着色的。如下缩小环绕机动车105的自由区域305，使得尤其这样的区域——机动车105对于其行驶是过宽或过长的——从自由区域305移除。

图4a-4d 示出尤其用于形态推断的形态滤波器的工作方式的图解。在图4a 中示例性地示出在步骤205中借助于传感器125扫描机动车105的环境之后的表示135。亮地示出的单元格140带有第一标记，而暗地示出的单元格 140带有第二标记。

图4b示出在应用基于右边示出的示例性的结构元件105的形态推断之后的表示135。结构元件405包括多个区域，所述多个区域相互处于预先确定的布置中，其中，区域中之一称为锚410。在所示出的形态膨胀(Dilatation) 中结构元件405逐步如此置于表示135上，使得锚410总是平放在另一单元格上。在此，每次使每个位于结构元件405的区域之一之下的单元格140 设有第二标记。结果，图4a的所示出的结构在图4b中扩张(膨胀)。

形态推断的与膨胀相反的功能是在图4c中示出的侵蚀(Erosion)。在此例如从相同的结构元件405出发。作为用于侵蚀的输入使用图4b的膨胀的输出。在侵蚀情况下结构元件405又逐步引导通过表示135，其中，位于锚410之下的单元格145总是当结构元件405的所有区域位于已经带有第二标记的单元格之上时获得第二标记。否则，位于锚410之下的单元格设有第一标记。结果，图4b的所示结构在图4c中被磨损(侵蚀)。

在图4d中可见膨胀和侵蚀依次实施到图4a的表示135上的结果。在图4a中左上的原始存在的凹部封闭，因为该凹部窄于结构元件405。否则保持单元格140的标记。

如果在图4a中的亮区域表示可通过机动车105行驶的区域并且结构元件405模型化机动车105的宽度，则通过所示操作将对于机动车105的驶过过窄的路径标记为在表示135中不可行驶的。

图5a-5e 示出图2的方法205的滤波器215、220或225的形态滤波器的工作方式的图解。图5a示出用于机动车105长度建模的第一形态结构元件 405，图5b示出用于机动车105宽度建模的第二形态结构元件405，以及图 5c示出用于机动车105(包括右和左外视镜在内)的轮廓建模的第三形态结构元件。所示出的结构元件405的大小和比例是纯示例性的。

图5d示出在方法200的步骤205中扫描机动车105的环境之后的表示 135。暗地示出的单元格140带有第一标记，亮地示出的单元格140带有第二标记。机动车105在下部区域中连同其外后视镜被示出。机动车105位于如下道路上：从所述道路在右边和在左边分支窄的侧路径，所述侧路径与其可以以机动车105行驶的相比过窄。然而，如果机动车105在道路上应完全向右或完全向左，例如以便使得迎面机动车通过，则机动车105的外后视镜之一可以伸入所述路径中。

图5c中的结构元件405应用到图5d的表示135上提供图5e的表示 135。通过在结构元件405中考虑外后视镜，侧路径仅仅以如此程度省略，如其不可以用于容纳外后视镜那样。

图6a-6d 示出在第二情景中图1的形态滤波器的工作方式的图解。在图6a 至6d中分别示出表示135，其中，亮地示出的单元格140带有第一标记，而暗地示出的单元格140带有第二标记。亮矩形表示机动车105。例如在步骤240中确定的机动车105的行驶轨迹605从机动车105出发。行驶禁止 610确定：在图6a的视图中的以交叉标记的区域不允许行驶。

图6a示出初始的自由空间。图6b示出基于图5a的结构元件405的形态推断的结果，该结构元件表示机动车105的车辆长度。通过操作将标记为禁止的区域从围绕机动车105的自由区域305移除。图6c示出在图6a 中示出的状况的、基于图5b中的结构元件405的形态推断结果，该结构元件建模机动车105的宽度。在此，在图6a中左上的路径已经从围绕机动车105的自由区域移除，因为机动车105过宽以致于不能驶过该路径。

图6d示出图6b和6c中的两个操作结果的组合。围绕机动车的自由区域305现在满足物理可行驶性(关于车辆宽度)和法律可行驶性(行驶禁止)的预给定。

图7示出根据机动车105的行驶轨迹605形态结构元件405的变型的图解。行驶轨迹605描述向右的90度转弯。在第一时刻t＝1机动车105在图7的示图中垂直定向，在第二时刻t＝2机动车对角向右上定向，而在第三时刻t＝3机动车水平向右定向。

相应于时刻t＝1的结构元件405涉及机动车105的长度和宽度。两个结构元件405根据机动车105的长度在时刻t＝2和t＝3关于其示图由t＝1向右旋转45度或90度。关于不针对机动车105的表示135，机动车105的最大车辆尺寸的定向在时刻t＝1与t＝3之间改变90度。因此，通过考虑轨迹 605可以实现关于机动车105的轮廓的改善的形态滤波器，其中，尤其在形态结构元件405的确定中考虑机动车105绕其垂直轴的定向。

以相应的方式可以在未来时刻期间考虑障碍物130的运动轨迹。在此可以基于运动轨迹确定障碍物130的轮廓并且根据障碍物130的经移动的和必要时经旋转的轮廓来确定围绕机动车105的自由区域305。

Claims (14)

1.一种用于机动车(105)的车载驾驶员辅助系统的状况分析的方法(200)，所述方法包括以下步骤：

提供所述机动车(105)的环境的表示(135)，其中，所述表示(135)包括单元格(140)的布置，所述单元格可逆地明确分配给所述环境的预先确定的区段；

借助于至少一个传感器(125)扫描(205)所述机动车(105)的环境，以便检测障碍物；

基于所述扫描如此标记(205)单元格(140)，使得分配给所述环境的无障碍物区段的单元格(140)带有第一标记，而分配给所述环境的在其中检测到障碍物的区段的单元格(140)带有第二标记；

应用形态滤波器到所述表示(135)上，以便使通过所述机动车(105)不能够到达的单元格(140)设有所述第二标记。

2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述形态滤波器设置用于实施具有形态再处理的卷积。

3.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述形态滤波器设置用于借助于结构元件(405)实施形态推断，并且所述结构元件(405)是基于所述机动车(105)的轮廓确定(260)的。

4.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，所述结构元件(405)是基于车辆自由度确定(260)的，所述车辆自由度通过所述驾驶员辅助系统预给定。

5.根据权利要求4所述的方法(200)，其中，所述车辆自由度包括最大加速度、最小转弯半径和交通规则中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的方法(200)，其中，给所述环境的不同区域分配不同的车辆自由度，对于每个区域确定所分配的结构元件(405)，并且将所述形态滤波器局部地与相应地分配的结构元件(405)一起应用。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(200)，其中，应用多个形态滤波器，并且如此相互组合所述形态滤波器的输出，使得仅仅在所有滤波器的输出中带有所述第一标记的单元格(140)获得所述第一标记。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(200)，其中，确定用于所述机动车(105)的行驶轨迹(605)并且基于所述行驶轨迹(605)应用所述形态滤波器。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(200)，其中，确定在所述环境中可运动障碍物(130)的运动轨迹，并且基于所述运动轨迹应用所述形态滤波器。

10.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，根据所述机动车(105)的轨迹(605)确定所述结构元件(405)。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(200)，其中，基于分配给所述机动车(105)的单元格(140)确定邻接的区域(305)，在所述邻接的区域中所有单元格(140)带有所述第二标记，并且基于所述区域(305)确定(250)用于所述机动车的运动控制的信号。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(200)，其中，在应用所述形态滤波器之前实现光线跟踪(210)，所述光线跟踪从分配给所述机动车(105)的单元格(140)出发，并且使能够由所述机动车(105)无障碍地沿直线到达的单元格(140)设有所述第一标记，而使从所述机动车(105)来看位于障碍物(130)后方的单元格(140)设有所述第二标记。

13.一种计算机可读的数据载体，在该计算机可读的数据载体上存储具有程序代码单元的计算机程序产品，所述程序代码单元用于当所述计算机程序产品在处理装置(110)上运行时实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法(200)。

14.一种用于机动车(105)的车载驾驶员辅助系统的状况分析的设备(100)，其包括：

用于存放所述机动车(105)的环境的表示(135)的存储器(115)，其中，所述表示(135)包括单元格(140)的布置，所述单元格可逆地明确分配给所述环境的预先确定的区段；

用于扫描所述机动车(105)的环境以便检测障碍物(130)的传感器(125)的接口(120)；以及

处理装置(110)，所述处理装置用于基于所述扫描如此标记单元格(140)，使得分配给所述环境的无障碍物区段的单元格(140)带有第一标记，而分配给所述环境的在其中检测到障碍物的区段的单元格(140)带有第二标记；

其中，所述处理装置(110)设置用于应用形态滤波器到所述表示(135)上，以便使通过所述机动车(105)不能够到达的单元格(140)设有所述第二标记。

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